Главным достоинством алкатрона по сравнению с текнетроном является Значительно большая рассеиваемая мощность. Это объясняется тем, что в режиме насыщения сечение капала вблизи стока стягивается не в точку, а в линию - окружность довольно большой длины. Кроме того, в алкатроне улучшены условия теплоотвода технологическим обеспечением массивного престриктора. Однако основное назначение престриктора - не теплоотвод, а предварительное сужение (престрикцяя) канала. Для этого на престриктор, являющийся р-слоем, задается

постоянное отрицательное смешение и канал сужается за счет соответствующего Стек расширения нижнего р-п перехода. Та-

ким образом, добавление престриктора позволяет избежать трудностей, связанных с получением очень тонкого канала.

Затвор

Исток

Затвор

Канал 1

Престриктор

Рис. 5-19. Упрощенная конструкция алкатрона.

Рис. 5-20. Процесс заряда емкости затвора в алкатроне.

Анализ алкатрона практически совпадает с анализом унитрона, так как длина канала L много меньше радиуса загвора В, и потому специфика кольцевой структуры проявляется слабо. Из формулы (5-28), заменяя величину 2 на 2яВ, пешучаем:

(5-41)

Здесь величина а отсчитывается от границы престрикторного перехода, и, следовательно, является функцией напряжения Ер. Крутизна алкатрона выражается формулой (5-30).

В отношении быстродействия можно заметить следующее. В алкатроне емкость затвора заряжается пе только через продольное сопротивление канала, как в унитроне, но и по второй цепи, состоящей из емкости престриктора и п о п е-речного сопротивления канала (рис. 5-20). В реальных случаях емкость престриктора больше емкости затвора, а поперечное сопротивление канала меньше продольного. Тогда при прочих равных условиях постоянная времени затвора оказывается у алкатрона меньше, чем у двух других типов полевых транзисторов (см. 2-е изд. данной книги).

Особенности реальных приборов. До сих пор мы рассматривали только процессы в канале, пренебрегая сопротивлениями участков исток - канал и канал - сток R,. Между тем эти сопротивления могут иметь значительную величину (до 100 Ом и более) и оказывают влияние на параметры приборов. Такое влияние проще всего оценить, присоединяя Rk Rk идеальному транзистору в качестве внешних элементов (рис. 5-21).

Как видим, R играет роль сопротивления обратной связи подобно сопротивлению R в ламповом каскаде ([62], § 5-8). Поэтому по аналогии с известным в ламповой технике соотношением можно

записать лля реальной крутизны транзистора:

где 5* - крутизна, определенная без учета /? 1см. (5-30) и др.].

Постоянная времени затвора тоже изменится, так как, во-первых, заряд емкости перехода будет происходить через суммарное сопротивление + R и, во-вторых, во входной цепи действует обратная связь. Начальная скорость заряда уменьшится в отношении RJ(Rk + и). а установившееся значение f/s - в отношении S/S*.

Отсюда следует:

l+S*R (5-43)

где т* - постоянная времени, определенная в предыдущих разделах [см. (5-32) и др.].

Очевидно, что сопротивление истока следует по возможности уменьшать. Рис. 5-21. Эквивалент-

Что касается сопротивления R, то оно схема униполяр-оказываег некоторое влияние только на кру- учетомсопротшлений тизну; однако в области насыщения это влия- истока и стока, ние несущественно. Тем не менее сопротивление стока тоже стараются уменьшить, чтобы снизить рассеяние мощности в приборе и падение напряжения в нем.

Ток через затвор считается обычно равным тепловому току через запертый переход. На самом деле при работе в режиме насьш],ения {Uc > (Ус.н) ток затвора может иметь более сложную структуру.

Действительно, в горловине канала вблизи стока электрическое поле не является плоскопараллельным. Здесь электроны, а также дырки (которые всегда есть в и-канале) движутся по криволинейным траекториям; пучок дырок расширяется в направлении от стока к истоку. Следовательно, дырки имеют составляющие скорости, перпендикулярные оси канала, и частично проходят в область р-п перехода. Здесь они ускоряются и попадают на затвор. Таким образом, положительное приращение потенциала может вызвать приращение тока в направлении из затвора. Это означает отрицательное сопротивление затвора, которое в ряде случаев и наблюдается.

Важной особенностью унитронов является их обратимость: исток и сток можно поменять местами, сохранив работоспособность прибора. Однако полная симметрия нормальных и обратных характеристик не всегда имеет место из-за конструктивно-технологических различий областей стока и истока.

Наличие унитронов п- и р-типов со взаимно обратными рабочими полярностями открьшает, как и в случае биполярных транзисторов, полезные схемотехнические возможности, хотя унитроны р-типа уступают унитронам и-типа по некоторым электрическим параметрам (см. сноску на с. 284).

Унитроны, как и всякий полупроводниковый прибор, подвержены влиянию температуры: от нее зависят ток затвора, ток стока и крутизна. Функция /3 (Г) - экспоненциальная (см. § 2-6), так что при температуре 100-125 С ток /3 может быть в сотни и тысячи раз больше, чем при комнатной температуре.

Функции /с (Т) и S (Т) обусловлены зависимостями р. (Г) и Афо (Т). Роль зависимости \i (Т) очевидна из выражения (5-28), где р ]Г. Учитывая (1-32), приходим к выводу, что Ry,o ~ Т ; следовательно, ток и крутизна S уменьшаются с ростом температуры. Это имеет место практически во всех реальных приборах. Однако следует иметь в виду, что в исходных формулах (5-24) и (5-25) для ширины перехода / использовано выражение (2-12) вместо более точного (2-11), в которое входит равновесная высота барьера Афо. Последняя согласно (2-5) уменьшается с ростом температуры; вместе с нею уменьшается ширина перехода а следовательно, толщина канала а растет. Такая зависимость, как ясно из (5-28), противодействует зависимости р (Т). Анализ показы-ваег [96, 100], что при малых токах можно обеспечить постоянство тока в диапазоне температур. Условие dIJdT - О вьшолняется при следующем соотношении:

f/30-f/3 = 2/c/S0,65B. (5-44)

В последние годы к униполярным транзисторам проявляется повышенный интерес в связи с их малыми собственными шумами и высоким входным сопротивлением.

Малый уровень шумов обусловлен, с одной стороны, отсутствием инжекции и связанных с ней флуктуации (см. § 4-10), а с другой стороны, идеальной изоляцией канала от поверхности полупроводника благодаря наличию слоя пространственного заряда р-п перехода затвора.

В результате собственные шумы унитронов даже на низких частотах носят в основном тепловой характер, т. е. близки к шумам в весьма малом сопротивлении канала Rq. В этом отношении унитроны пока не имеют конкурентов среди полупроводниковых приборов.

Например, на частоте 10 Гц напряжение шумов в полосе 1 Гц может составлять всего 10 нВ при крутизне 4,5 мА/В.

Что касается входного сопротивления, то в кремниевых унитро-нах, где обратное сопротивление р-п перехода определяется током термогенерации, оно достигает при комнатной температуре 10 - 10 Ом, т. е. превьшает входное сопротивление обычных электронных ламп.

Подробное описание и анализ унитронов можно найти в работах 197, 100].

Эквивалентная схема. Аналогия между полевыми транзисторами и электронными лампами объясняет сходство их эквивалентных схем (рис. 5-22). .